[發(fā)明專利]一種帶有內(nèi)阻監(jiān)測功能的動力電池組管理系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610276251.1
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105759221A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙建和
• 申請（專利權(quán)）人: 趙建和
• 主分類號: G01R31/36
• 分類號: G01R31/36;G01R27/02;H01M10/42;H01M10/48
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種帶有內(nèi)阻監(jiān)測功能的動力電池組管理系統(tǒng)，用于檢測充電、放電過程中動力電池組中各單體電池的狀態(tài),特別適用于對由鋰充電電池串聯(lián)構(gòu)成的動力電池組的管理。

背景技術(shù)

動力電池組廣泛應(yīng)用于電動汽車和風力發(fā)電、光伏發(fā)電的儲能系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)，業(yè)內(nèi)稱之為BMS(BatteryManagementSystem）,是對充放電過程中電池的工作狀態(tài)進行實時檢測、對充放電過程進行控制、為電池的安全使用提供保障的綜合性電子控制系統(tǒng)。

眾知的電池管理系統(tǒng)(BMS),實時檢測電池組的充放電電流、電壓和電池組中各單體電池的電壓、溫度，采用各種數(shù)學(xué)模型計算電池組的剩余電量，避免電池組過充、過放和過熱，控制充、放電過程，對老化、失效單體電池進行預(yù)警，為動力電池組充電和放電提供安全保護。

動力電池組由多個可充電的單體電池串聯(lián)構(gòu)成,可充電電池在存儲和使用過程中充、放電性能會逐漸衰退,電池內(nèi)阻逐漸增大，表現(xiàn)為荷電能力下降、充放電過程中因內(nèi)阻增大導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，嚴重的發(fā)熱會損傷電池內(nèi)部的電化學(xué)結(jié)構(gòu)，造成內(nèi)部短路、起火、爆炸等安全事故。

內(nèi)阻是反應(yīng)電池狀態(tài)的重要標志之一。無論是電池即將失效、容量衰減或是電池內(nèi)部的電化學(xué)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，都可以從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來。通過測量電池內(nèi)阻，對電動汽車用動力電池的健康狀況進行判斷，對性能衰退或失效的電池進行預(yù)警，可有效地避免電池過充、過放、過熱等危及電池壽命和運行安全的情況發(fā)生。

中國專利CN102205800B，公開了“一種智能電動車電池管理系統(tǒng)”，該技術(shù)方案中，采用交流壓降內(nèi)阻測量法進行電池內(nèi)阻的測量，具體測量方法是：給電池施加（注入）一個固定頻率和固定電流的小電流信號(目前一般使用1KHZ頻率，50mA小電流)，并對電池端電壓進行電壓采樣，整流、濾波、信號放大等一系列處理后，通過計算得到該電池的內(nèi)阻值。

由于電動汽車配用的動力電池的內(nèi)阻極小（單體電池的初始內(nèi)阻一般小于2毫歐），對單體電池施加小電流信號（注入電流100mA），在單體電池上產(chǎn)生的電壓響應(yīng)微弱(約200微伏)，整流、濾波等一系列處理電路也會引入信號噪聲，使用通常的測量電路，測量準確度難以得到保證。實現(xiàn)微弱電壓信號的高精密度檢測，必須使用極為復(fù)雜測量電路，導(dǎo)致實際應(yīng)用成本大幅度提高。

中國專利CN100498367C公開了“一種電動汽車蓄電池內(nèi)阻脈沖檢測方法”，該技術(shù)方案采用“脈沖恒流信號”注入電池，通過檢測電池的端電壓和電池的端電壓的變化量計算內(nèi)阻。該技術(shù)方案應(yīng)用于動力電池的內(nèi)阻測量，同樣存在因動力電池的內(nèi)阻極小，在電池端產(chǎn)生的電壓信號很小，電壓測量誤差大的問題（張衛(wèi)鋼，等：電動汽車蓄電池內(nèi)阻脈沖控制檢測方法，交通運輸工程學(xué)報，2007年12月，第7卷第6期，第39頁）。同時，該技術(shù)方案所述的注入被測電池的“脈沖恒流信號(恒流Is)”是以被測電池為電源的，被測電池的電壓變化，直接影響注入被測電池的“脈沖恒流信號（恒流Is）”的大小。電動汽車用動力電池中的單體鋰電池工作電壓范圍一般為3.0伏至4.2伏，即，被測電池電壓的變化導(dǎo)致注入的“脈沖恒流信號”的大幅度變化，進而導(dǎo)致“在電池內(nèi)阻抗z上產(chǎn)生的電壓信號(Uz)”的大幅度變化。依據(jù)該電壓信號(Uz)進行變換處理和計算所得到的電池內(nèi)阻的誤差不可忽視。

中國專利CN101276949B公布了“一種用于混合動力汽車電池性能檢測裝置的檢測方法”，提供的電池內(nèi)阻測量方法是：通過信號采集單元采集發(fā)動機起動過程的電池電壓V1，起動電流I1，發(fā)動機起動后電池電壓V2，電池電流I2，通過內(nèi)阻計算公式：Rbatt＝(V2-V1)/(I1-I2)計算電池的內(nèi)阻。

該測量方法不適合針對動力電池組中的各單體電池的內(nèi)阻測量，原因在于：動力電池組中的單體電池的內(nèi)阻很小，對測量精度要求高。該方法以混合動力汽車的發(fā)動機作為電池內(nèi)阻測量過程中的放電負載，放電回路中的逆變器和發(fā)動機導(dǎo)致放電回路包含了容性負載、開關(guān)負載、電機感性負載，負載特性復(fù)雜且不穩(wěn)定,開關(guān)負載產(chǎn)生的諧波影響電壓采樣的準確性，電容負載和感性負載導(dǎo)致放電回路中的電壓與電流之間產(chǎn)生相位差，影響電壓、電流采樣在時間上的對應(yīng)關(guān)系，電壓、電流的測量精度難以得到保證。

發(fā)明內(nèi)容